[发明专利]用于模拟岩体中夹层的地质力学模型相似材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于用于地质力学模型试验的相似材料及其制备技术领域，具体涉及一种用于模拟岩体中不同软弱夹层的地质力学模型相似材料及其制备方法。

背景技术

地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法，试验的主要目的是研究各种建筑物在外荷载作用下的极限承载能力、破坏形态、破坏机理和变形分布特征。地质力学模型试验的研究内容不仅限于已知荷载下的某一状态，更重要的是研究在渐增荷载作用下直至破坏的整个变化过程，它采用真实的物理实体，在满足材料相似，尤其是在力学相似条件下，能真实反映地质构造与工程建筑之间的关系，能模拟工程建筑对地基基础所产生的影响，能更直观地表示出试验结果。

近代由于生产建设及科学技术的发展，越来越多的建筑物需要修建在具有复杂地质构造的地基上，建筑物的抗滑稳定问题、基础变形对建筑物结构的影响等问题都是地质力学模型试验所研究的主要内容。

目前我国正在建设和即将兴建的水电工程，由于工程所在地不仅地质构造复杂，而且岩体中存在着较多的不同类型的层状或软弱薄层，即软弱夹层，软弱夹层的厚度比相邻岩层的小，力学强度和变形模量也较低。按成因，软弱夹层可分为原生型和次生型两类。前者如以石英砂岩为主的岩层夹有粘土质岩层或泥岩薄层；后者为风化、溶滤作用或层间剪切及断层错动而形成的软弱夹层。这些不同类型软弱夹层的物理和力学性能，如容重、变形模量、粘聚力和摩擦系数等差异较大。坝基岩体内存在的软弱夹层会对坝基岩体的抗滑稳定性产生非常不利的影响，因此其整体稳定安全问题是工程的关键问题之一，地质力学模型试验是研究该问题的一种重要方法。

在地质力学模型试验过程中，研制出与原型软弱夹层物理力学性能相似的模型材料是模型试验的基础，也是模型试验是否成功的关键，因此为准确模拟出岩体结构中的各类软弱夹层，需要制备出满足相似关系的软弱夹层模型材料。

目前，在地质力学模型试验研究过程中，已经制备出了不同类别岩石的模型相似材料，如以下几类：

1、以环氧树脂为胶凝剂的重晶石粉和石灰石的混合料【Oberti G,Fumagalli E.Static-geomechanical model of the Ridracoliarch-grabity dam,4th ISRM,1979】。

2、武汉水利电力大学韩伯鲤研制的MIB材料【韩伯鲤，陈霞龄，宁一乐等。岩体相似材料的研究[J]。武汉水利电力大学学报，1997，30(2)：6-9】。该材料是以松香酒精溶液为胶结剂，加膜铁粉为粗骨料，重晶石粉为细骨料。

3、清华大学研制的NIOS相似材料【马芳平，李仲奎，罗光福。NIOS模型材料及其在地质力学模型试验中的应用，水力发电学报，2004，23(1)：48-51】。该模型材料中含有主料磁铁矿粉、粘结剂石膏或水泥、拌和用水及添加剂。

但是对于岩体结构中不同软弱夹层的模型相似材料报道较少。

发明内容

本发明提供一种用于模拟岩体中夹层的地质力学模型相似材料及制备方法，目的是针对现有技术现状，提供一种物理和力学性能可在较大范围内变化的、用于模拟岩体中不同软弱夹层的地质力学模型相似材料及其制备方法。

本发明采取的技术方案是，是由以下质量份的原料制成的：

重晶石粉100份，54度半精炼石蜡5-10份，32号液压油5-10份，膨润土5-20份，滑石粉2-10份；

所述重晶石粉的粒径为200目；

一种用于模拟岩体中夹层的地质力学模型相似材料的制备方法，包括下列步骤：

1)先将100份粒径为200目的重晶石粉和5-10份54度半精炼石蜡混合均匀，然后烘干除水，取出冷却至室温；

2)将5-10份32号液压油加入到烘干的重晶石粉和54度半精炼石蜡中混合均匀，然后将混合好的材料粉碎至其粒径＜1mm；

3)将5-20份膨润土和2-10份滑石粉加入到重晶石粉、54度半精炼石蜡和液压油的混合物中混合均匀。

使用时，首先按照原型软弱夹层的物理力学性能，再由相似关系确定出模型材料的各项指标。选择适当的材料配比按以上方法制备相似材料后在试验机上进行测试，符合要求即可为地质力学模型试验所用。

本发明的优点是：